實驗三 層次原理圖設計一 實驗目的1 掌握層次原理圖的繪制方法。
2 理解層次原理圖模塊化的設計方法。
二 實驗內容繪制洗衣機控制電路層次原理圖,包括“復位 晶振模塊”,“CPU模塊”,“顯示模塊”和“控制模塊”。
三 實驗步驟1 新建工程項目文件
1)單擊菜單File/New/PCB Project ,新建工程項目文件。
2)單擊菜單File/Save Project保存工程文件,并命名為“洗衣機控制電路.PrjPCB”。
2 繪制上層原理圖
1)“在洗衣機控制電路.PrjPCB”工程文件中,單擊菜單File/New/Schematic,新建原理圖文件。
2)單擊菜單File/Save As..,將新建的原理圖文件保存為“洗衣機控制電路.SchDoc”
3) 單擊菜單
Place/Sheet Symbol或單擊“Wring
”工具欄中的
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按鈕,如圖1所示,依次放置復位 晶振模塊,CPU模塊,顯示模塊,控制模塊四個模塊電路,并修改其屬性,放置后如圖2所示
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圖1 模塊電路屬性
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圖2 放置四個模塊電路
4)單擊菜單
P1ace/Add sheet Entry或單擊“Wring”工具欄的
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按鈕,放置模塊電路端口,并修改其屬性,完成后效果如圖3所示
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圖3 放置模塊電路端口
5)連線。根據各方塊電路電氣連接關系,用導線將端口連接起來,如圖4所示
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圖4 連線
3 創建并繪制下層原理圖
1)在上層原理圖中,單擊菜單Design/Create Sheet From Symbol,此時鼠標變為十字形。
2)將十字光標移到“復位 晶振模塊”電路上,單擊鼠標左鍵,系統自動創建下層原理圖“復位 晶振模塊.SchDoc”及相對應的I/O端口。如圖5所示。
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圖5 自動生成的I/0端口
4)繪制“復位 晶振模塊”電路原理圖。
其用到的元件如下表1所示。繪制完成后的效果如圖6所示。
表1 “復位 晶振模塊”電路元件列表
| | | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib |
| |
| | Miscellaneous Devices.IntLib |
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圖6 復位 晶振電路
5)用類似的方法創建其它模塊電路子圖
各模塊電路所用元件列表如表2、表3、表4所示
各模塊電路繪制完成后效果如圖8、圖9、圖10所示。
表2 CPU模塊電路元件列表
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| | Dallas Microcontroller 8-Bit.IntLib | |
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| | |
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提示:DS80C310-MCL可以通過搜索功能來查找,搜索格式如圖7所示,并添加其元件庫。
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圖7 DS80C310-MCL元件搜索 圖8 CPU電路模塊
表3 顯示模塊電路元件列表
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| | Miscellaneous Devices.IntLib |
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| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
| | Miscellaneous Devices.IntLib | | |
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圖9 顯示電路模塊
表4 控制模塊電路元件列表
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| | Miscellaneous Devices.IntLib | |
| | Miscellaneous Connectors.IntLib | |
| | Miscellaneous Connectors.IntLib | |
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圖10 控制電路模塊
6)保存
四 思考題1 繪制層次原理圖的方法有那些?簡述具體步驟。
2 模塊電路端口與原理圖I/O端口有何區別?
3 層次原理圖與普通原理圖相比有何優點?
實驗四 繪制原理圖和印刷電路板一.實驗目的
1.掌握原理圖元件庫的制作過程。
2.熟悉菜單和工具欄的基本使用。
3.掌握PCB設計流程,手動布局以及自動布線的方法;
4.理解導向生成PCB的方法以及布線規則的設置;
5.了解PCB布局的方法。
二.實驗內容
1.創建一個庫元件——STC11F02
2.為庫元件添加封裝
3.繪制STC11F02單片機最小系統電路
4.設計“STC11F02單片機最小系統電路”的PCB板
三.庫元件實驗步驟
1.創建一個庫元件
(1)執行【文件】-【新建】-【庫】-【原理圖庫】命令,保存,命名為:myschlib.SCHlib。如圖3-1所示。
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圖3-1 新建庫元件界面
單擊右下角【SCH】→【SCH library】調出SCH library面板,如圖3-2所示。該庫中已經默認添加了一個元件component_1 。
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圖3-2SCH library面板 圖3-3 【PIN特性】對話框
(2)執行【工具】→【文檔選項】命令,設置相關參數
(3)執行【放置】→【矩形】命令,放置一個矩形
(4)執行【放置】→【放置引腳】命令,放置引腳,注意帶“×”的一段朝外,按下TAB鍵,彈出3-3所示的【PIN特性】對話框。
- Passive:不關心
- I/O:雙向
- Input:輸入
- Output:輸出
- power:電源
- Open emitter :發射極開路
- Open collector:集電極開路
- HIZ:高阻
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圖3-4整個名稱取反 圖3-5 一個字符取反
- 【工具】-【設置原理圖參數】,在【否定信號’’】前打鉤。
- 當反斜杠在整個顯示名稱最前面時:整個名稱帶橫杠,如
- 當反斜杠在顯示名稱字符后面面時:反斜杠前面的一個字符帶橫杠,如圖3-5所示。
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圖3-6 放置所有引腳圖 3-7 調整后放置所有引腳
(5)設置完畢,單擊“確定”按鈕,關閉對話框。放置引腳,同樣的方法放置其他引腳,如圖3-6所示。
(6)為了便于繪圖對原理圖符號進行適當調整,如圖3-7所示。
(7)設置器件屬性:單擊SCH library面板的【元件名】欄中的【編輯】,或者原理圖符號上【單擊鼠標右鍵】-【工具】-【器件屬性】,彈出Library Component Properties對話框,如圖3-8所示。
- Default designator:默認的庫元件標示符,例如IC?
- 注釋:庫元件型號說明,這里設定為STC11F02
- 描述:庫元件的性能描述,這里為”8-bit microcontroller,2kB flash”
- 類型:默認即可
- Symbol reference:為所繪制的庫元件重新命名。這里為STC11F02
- 鎖定PIN:選中該復選框后,所有的引腳將和庫元件成為一個整體,這樣不能在原理圖上單獨移動引腳。務必選中,否則繪圖時容易出麻煩。
- 在圖紙中顯示全部PIN(包括隱藏的):選中后,原理圖上會顯示該元件的全部引腳。
- 本地化:設置引腳、邊框、填充的顏色。
- 編輯PIN:打開【元件管腳編輯器】,編輯引腳。
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圖3-8 Library Component Properties對話框
2.為庫元件添加封裝
(1) 執行【工具】-【模式管理器】命令,打開【模型管理器】,如圖3-9
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圖3-9【模型管理器】對話框 圖3-10 【PCB模型】對話框
(2) 單擊【add footprint】,打開【PCB模型】對話框,如圖3-10所示。
(3) 單擊【瀏覽】,打開【瀏覽庫】對話框,如圖3-11所示,【瀏覽庫】對話框中顯示了當前可用的封裝庫信息。單擊【發現】按鈕,進入【搜索庫】對話框,如圖3-12所示。
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圖3-11 【瀏覽庫】對話框 圖3-12 【搜索庫】對話框
- 域:輸入name
- 運算符:contains
- 值:DIP20(SOP是貼片,數字是引腳數;DIP是雙列直插)
在圖3-12界面中設置完成后,點【搜索】開始搜索庫,進入【瀏覽庫】對話框,如圖3-13所示。
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圖3-13 【瀏覽庫】對話框 圖3-14加載封裝提示框
在圖3-13中,選擇合適的封裝,點【確定】,關閉【瀏覽庫】對話框,彈出加載封裝提示框,如圖3-14所示。單擊【是】,加載相應的庫,【PCB模型】對話框中已經加載選中的封裝,如圖3-15所示。單擊【確定】,關閉【PCB模型】對話框。封裝顯示在【模型管理器】對話框中,如圖3-16所示。
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圖3-15 加載封裝 圖3-16封裝已經添加
3.同樣的方法繪制MAX813L看門狗芯片的SCH庫元件。
4.繪制STC11F02單片機最小系統電路
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圖3-17 STC11F02單片機最小系統電路
四.PCB實驗步驟
1. 新建和設置PCB文件
執行菜單命令:【文件】-【新建】-【PCB】,新建一個PCB文件,保存為STC11F02.PcbDoc,如圖4-1所示
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圖4-1 新建PCB文件 圖4-2 PCB filter面板
2.繪制改變板子形狀
第1步:首先是在 Keep Out Layer層。使用繪圖工具繪制板子形狀。
第2步:選中繪制的板子外形邊框線;繪制完后,采用查找相似對象的方法,選中繪制的線條;或采用“PCB filter面板”如圖4-2所示, 輸入“iskeepout”過濾詞,可選中在Keep Out Layer層繪制的線條。
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圖4-3 生成的板框 圖4-4 焊盤屬性
第4步,執行【設計】-【板子形狀】-【按照選擇對象定義】,生成PCB外形,如圖4-3所示。
2.加螺絲孔:
切換到機械層,即點擊Mechanical 1
方法一:在合適的位置畫個圓圈即可。不在贅述
方法二:在PCB上放置焊盤,設置好直徑,將孔屬性中進行如下設置即可。“鍍金的”的對鉤去掉。因為是螺絲孔,無需鍍金。如圖4-4所示
方法三:放置過孔,螺絲孔,經常把“網絡”連接到GND,如圖4-5所示
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圖4-5過孔屬性 圖4-6 加螺絲孔后線路板
在此采用過孔的方法放置4個螺絲孔,如圖4-6所示。
3.裝載元件和手動布局
(1)原理圖中,使用【設計】/update PCB document命令,或者在在PCB編輯器中【設計】/Import Changes From 命令,系統打開如圖4-7的【工程更改順序】窗口
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圖4-7 【工程更改順序】窗口 圖4-8驗證后的【工程更改順序】窗口
(2)單擊【工程更改順序】窗口中的“生效更改”按鈕,對進行更改驗證,并顯示出手影響元素檢查后的結果,如圖4-8所示。檢查無誤的信息以綠色的“√”表示,檢查出錯的信息以紅色的“×”表示,顯示檢測不通過的原因。
(3)根據檢查驗證結果重新更改原理圖中存在的缺陷,直到通過為止。單擊“執行更改”按鈕,將元器件、網絡表裝載到PCB文件中,如圖4-9所示。所有元件的封裝導入到PCB環境中,如圖4-10所示。
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圖4-9接受后的【工程更改順序】窗口 圖4-10導入封裝后
(4)根據信號流動方向,以及將接口類元器件放置在PCB板邊緣的原則對元器件進行手動布局。交互選擇:當在SCH原理圖中選中元器件時,PCB環境下對應的元器件,也被選中。
(5)手動布局過程中常用快捷鍵表4-1;完成布局,如圖4-11所示。
表4-1 手動布局常用快捷鍵
快捷鍵 | 說明 |
A | 調出“排列”菜單 |
I+L | 在矩形區域內排列 |
L | 調出【視圖配置】對話框 |
空格 | 旋轉元件 |
G | 點出標尺;例如G+G是設置跳轉柵格 |
R+P | 測量兩個部件之間的距離 |
R+M | 測量兩個點之間的距離 |
Q | 公尺和英尺切換 |
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圖4-11 完成布局 圖4-12 規則對話框
4.布線規則設置:尤其是一些線的寬度和距離。例如地線和電源線。
【設計】→【規則】→【Routing】→【Width】,在此單擊鼠標右鍵→【新規則】,可以添加規則,如圖4-12所示,其中“優先權”設置優先權,前面的優先權高。
5.手動布線:手動布線完成,如圖4-13所示。
表4-2 手動布線常用快捷鍵
快捷鍵 | 說明 |
P+P | 放置焊盤 |
P+T | 放置導線: 按~鍵,跳出快捷菜單提示 按Ctrl,單擊Net,可在兩個焊盤之間自動布線。 按大鍵盤的1鍵切換預布線 按大鍵盤的2鍵可以添加一個過孔(在拐角處) 按小鍵盤/放置過孔(過孔出現在導線末尾) 按l鍵切換布線層 按小鍵盤*放置過孔(在拐角處)并在布線層切換。 按“空格鍵”改變布線起始角度 按Shift+空格,改變布線拐角類型弧形的拐角的弧度可以通過快捷鍵“,”(逗號)或“。”(句號)進行減小或增加弧的半徑。使用shift+“<”快捷鍵或Shift+“>”快捷鍵則以10倍速度增加或減小控制。 按Shift+A,調出蛇形布線,再按1和2改變轉角,3和4改變間距,<和>改變寬度。 按Shift+R,改變穿越方式。 按Shift+W,選擇布線寬度(只能在min和max之間選擇 )。 |
P+D+L | 放置尺寸標注 |
Shift+S | 只顯示當前層的對象 |
Ctrl+點某線 | 選中NET上的布線,變亮,其他變暗。 |
Ctrl+Pagedown | 圖紙充滿屏幕 |
鼠標滾輪 | 上下移動 |
Shift+鼠標滾輪 | 左右移動 |
Ctrl+鼠標滾輪 | 放大縮小 |
D+S+V | 通過設定定點,而改變PCB板邊界形狀 |
D+S+R | 直接畫出板子形狀 |
U | 刪除布線 |
P+D+L | 標出量的尺寸 |
R+M(CTRL+M) | 測量兩點之間距離 |
J+L | 定位到指定的坐標的位置。定位坐標應該為吸附尺寸的整數倍 |
J+C | 定位到指定的元件處。在彈出的對話框內輸入該元件的編號。 |
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圖4-13 布線完成
6.添加淚滴
第1步:打開需要放置淚滴的PCB板,執行【工具】→【滴淚】命令,彈出淚滴設置對話框,如圖4-14所示。
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圖4-14 淚滴設置對話框 圖4-15加淚滴后
第2步:在“通常”設置欄中,如果選擇“全部焊盤”,將對所有的焊盤放置淚滴;如果選擇“全部過孔”,將對所有的過孔放置淚滴;如果選擇“僅選擇的對象”,將只對所選擇的元素所連接的焊盤和過孔放置淚滴。
在“行為”設置欄,“添加”單選按鈕表示此操作將添加淚滴;“刪除”單選按鈕表示此操作將刪除淚滴。
在“淚滴類型”設置欄,設置淚滴的形狀,其中“Arc”和“Track”選擇淚滴的形狀。
第3步:單擊OK按鈕,系統將自動按所設置的方式放置淚滴,效果如圖4-15所示。
7.覆銅:可以增強抗干擾能力或散熱能力。
單擊工具欄“放置多邊形平面”圖標或單擊【放置】→【多邊形覆銅】,如圖4-16所示,可進行覆銅設置。具體方法是:
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圖4-16 【多邊形覆銅】對話框
第1步:設置好覆銅屬性:
層:選擇要覆銅的層,Top Layer或者Bouttom Layer。
連接到網絡 :選擇覆銅連接的NET。多數選擇GND。
Pour Over Net Polygons Only:覆銅不跟要連接的NET成為一體。即覆銅不覆蓋連接的NET。
pour over all same net objects: 即覆銅覆蓋擬連接的NET。
死銅移除:打鉤,可以出去死銅
第2步:在要覆銅的層上畫出鋪皮外形即可完成覆銅。如圖4-17所示。
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圖4-17 覆銅效果圖
8.生成元器件表:
生成XLS格式的元器件列表,便于元件采購等。
1.簡述制作原理圖元件庫的基本過程?
2.創建原理圖元器件有那幾種方法?
3.如何設置布線規則?
4.簡述PCB板設計的流程。